ALS和额颞痴呆的常见疾病机制
肌萎缩性侧索硬化症(ALS)是一种神经退行性疾病,会攻击大脑和脊髓中的运动神经元,从而使其受害者逐渐丧失行走,说话,呼吸和吞咽的能力。在一些残酷的转折中,一些ALS患者还发展了额颞痴呆,这种疾病破坏了一组完全不同的大脑细胞(皮质神经元),导致人格改变以及其他影响。
两种疾病的遗传形式都可以追溯到与大脑中RNA结合蛋白TDP-43异常堆积有关的基因突变。现在,在《 eLife》杂志上的一项研究中,哥伦比亚大学和纽约基因组中心的研究人员表明,TDP-43和至少三种其他RNA结合蛋白在没有突变的ALS和痴呆症患者中似乎表现出相似的行为。他们的发现表明,遗传性ALS和额颞叶痴呆的显性形式可能与更常见的尚无遗传基础的ALS和痴呆共享分子基础。
斯坦福大学遗传学教授亚伦·吉特勒(Aaron Gitler)表示:“事实证明,如果您分析RNA结合蛋白的生化特性,不仅会发现TDP-43,还会发现其他几个也受到干扰。” eLife。“这是我们如何看待这些疾病的新概念,不仅是TDP-43疾病,而且是RNA结合蛋白疾病。”
通常,TDP-43蛋白有助于控制信使RNA的表达,从而控制基因的表达。行为,来自细胞核内部。但在几乎所有ALS和一半额颞叶痴呆患者的脑细胞中,该蛋白积聚在核外,最终形成大块,足以在显微镜下看到。但是,导致堆积的原因尚不清楚。
在2011年对Neuron进行的一系列里程碑式研究中,研究人员确定了导致大多数遗传性ALS和额颞叶痴呆的基因突变。在9号染色体的一小部分,这种突变似乎会导致通常重复几次的DNA片段重复数百至数千次。研究人员推测,RNA结合蛋白(如TDP-43)旨在粘附在自身和类似蛋白上,会凝结在重复序列上,放弃其基因表达作用,最终导致脑细胞退化并死亡。
在2016年对eLife进行的一项研究中,当时哥伦比亚大学的研究生Erin Conlon领导的一个团队表明,该突变触发了另一种称为hnRNP H的RNA结合蛋白,形成了类似的团块,破坏了基因表达。与TDP-43不同,这些团块在很大程度上是肉眼看不到的,但可以通过生化测试进行测量。
出于直觉,在代表大多数ALS和额颞叶性痴呆的无突变患者中可能出现类似的模式,康隆和她的同事在本研究中分析了50例死于一种或两种疾病的人的大脑。令他们惊讶的是,在半数以上的大脑中,他们发现了大量生化不溶的hnRNP H和其他三种RNA结合蛋白-TDP-43,FUS和hnRNP A1-表明它们都已停止调节基因表达。
该研究的资深作者,哥伦比亚大学分子生物学教授詹姆斯·曼利说:“ RNA结合蛋白控制着一个基因产生多少蛋白质。”“当这些聚集体存在时,这个过程就会变得非常困难。”